Name: Räumliche Trennung von molekularen Konformen und Clustern (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-01-09T14:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 37 s
Description: Erfahren Sie die räumliche Trennung molekularer Konformer und Cluster in der Gasphase mit einem elektrostatischen Deflektor. Diese Methode ermöglicht die Erzeugung reiner Ensembles einzelner Spezies für weitere Experimente.

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Unterstützt wurde diese Arbeit vom Exzellenzcluster "The Hamburg Center for Ultrafast Imaging – Structure, Dynamics and Control of Matter at the Atomic Scale" der Deutschen Forschungsgemeinschaft und vom Helmholtz Virtual Institute "Dynamic Pathways in Multidimensional Landscapes".

1. Beschreibung des Versuchsaufbaus
Abbildung 221zeigt einen Schaltplan des Gasphasen-Molekularstrahlaufbaus und -Abweisers. Es besteht aus
<ol><li>Ein gepulstes Even-Lavie-Ventil29, das die molekulare Probe enthält. Andere gepulste Molekularstrahlventile können ebenso gut eingesetzt werden, solange ein kalter Molekularstrahl (O(1 K)) gebildet wird. Die folgenden Parameter sind spezifisch für das eingesetzte Even-Lavie-Ventil. In den hier vorgestellten Experimenten wird das Ventil mit 20 Hz Wiederholungsrate mit hohen Rückendrücken (Helium bei 50 bar) betrieben und zu einer Vakuumkammer erweitert, die auf <10-6 mbar evakuiert wird.</li>
	<li>Ein molekularer Strahlabschäumer (2 mm Durchmesser) wird 22 cm flussabwärts vom Ventil platziert, kollidiert den Molekularstrahl und führt zu Differenzpumpenbedingungen zwischen dem gepulsten Ventil und dem Rest des Vakuumsystems.</li>
	<li>Unmittelbar nach dem Abschäumer gelangen die Moleküle in die elektrostatische Umlenkvorrichtung. Dieser besteht aus einem Stab (Radius 3,0 mm) und einem Trog (Krümmungsradius 3,2 mm), die jeweils 24 cm lang sind. Der vertikale Spalt zwischen den Elektroden in der Mitte des Geräts beträgt 2,3 mm. Zwischen dem Stab und dem Trog wird ein potentialischer Unterschied zwischen 0-26 kV aufgebracht, wodurch ein starkes inhomogenes elektrisches Feld mit einem nahezu konstanten Feldgradienten30erzeugt wird, wie im Einset von Abbildung 2angegeben.</li>
	<li>Direkt nach dem Abweiser gelangen Moleküle durch einen zweiten Abschäumer in den Wechselwirkungsbereich, was eine weitere Differentialpumpstufe bietet.</li>
	<li>Der Interaktionsbereich (evakuiert auf Druck <10-9 mbar) enthält ein standardmäßiges Wiley-McLaren Time-of-Flight (TOF) Setup. Moleküle werden durch fokussierte Laserpulse in der Mitte des Extraktionsbereichs, zwischen Repeller und Extraktorelektroden ionisiert. Produzierte Ionen werden zu einem Multichannel-Plattendetektor (MCP) beschleunigt, bei dem ein Massenspektrum aufgezeichnet wird.</li>
	<li>Laserpulse werden von einem Nd:YAG Pumpfarbstofflaser abgeleitet, der typische Ausgangswellenlängen um 283 nm (Indole-Experimente) oder 272 nm (3-Fluorphenol-Experimente) und Pulsenergien von wenigen mJ liefert. Die Pulsdauer liegt in der Größenordnung von 10 nsec und die Impulse werden mit einem f = 750 mm Objektiv auf eine Spotgröße von 100 mm im Interaktionsbereich fokussiert.</li>
	<li>Die Timing-Sequenz wird durch einen digitalen Verzögerungsgenerator gesteuert, der die Master-Uhr bereitstellt. Dies löst den Nd:YAG-Laser (Blitzlampen und Q-Schalter), das gepulste Ventil und die Digitalisiererkarte aus, mit der Massenspektren aufgenommen werden.</li>
	<li>Massenspektren werden auf einer Digitizerkarte aufgezeichnet und gleichzeitig mit dem Laser Q-Schalter ausgelöst. Molekulare Strahldichten werden aus geeigneten Massentoren in den aufgezeichneten Flugzeitspektren extrahiert.</li>
</ol>2. Herstellung und Charakterisierung eines Conformer Selected Molecular Beam
<ol><li>Ein kalter Molekularstrahl der Zielmoleküle wird durch Überschallausdehnung erzeugt und durch räumliche (x, y Richtungen) und zeitliche (z-Richtung) Profilierung charakterisiert.</li>
	<li>Beladen Sie das Probenreservoir des gepulsten Ventils mit der chemischen Probe. Lösen Sie feste Proben in einem geeigneten Lösungsmittel auf und legen Sie einige Tropfen auf ein kleines Stück Filterpapier, das in die Probenpatrone eingelegt wird. Legen Sie flüssige Proben direkt auf das Filterpapier.</li>
	<li>Produzieren Sie die Überschallexpansion mit einem hochreinen Hochdruck-Trägergas. Stellen Sie die Temperatur des Probenbehälters innerhalb des Ventils so ein, dass der Teildruck der Probe ca. 10 mbar beträgt. Hinweis: Für Flüssigkeitsproben ist in der Regel keine Erwärmung erforderlich. Die Ventilöffnungszeit hängt vom exakten Modell des verwendeten Pulsventils ab, für die hier vorgestellten Experimente wird das Even-Lavie-Ventil mit einer elektrischen Pulsdauer von 10 Sek. betrieben.</li>
	<li>Charakterisieren Sie den erzeugten Molekularstrahl mit ausgeschaltetem elektrostatischen Deflektor. Stellen Sie den Ionisationslaser auf eine bekannte Wellenlänge für die resonanzverstärkte Multiphotonenionisierung (REMPI) eines bestimmten Conformers der Probe. Zeichnen Sie ein zeitliches Profil des molekularen Strahlpulses auf, indem Sie die gesamtparente Ionenausbeute des MCP-Detektors als Funktion der Ventil-Laser-Verzögerung überwachen.</li>
	<li>Fixieren Sie die Ventil-Laser-Verzögerung an der Position der maximalen Intensität für alle nachfolgenden Messungen.</li>
	<li>Zeichnen Sie ein transversales räumliches Profil des molekularen Strahls auf, indem Sie die gesamte übergeordnete Ionenausbeute in Abhängigkeit von der y-Position des Laserfokus überwachen. Bewegen Sie die Fokussierlinse senkrecht zur Laserausbreitungsrichtung, so dass sich der Fokus relativ zum Molekularstrahl in y-Richtung bewegt.</li>
	<li>Wiederholen Sie die zeitliche und räumliche Profilerstellung für alle konformen Datenträger, die für den Balken von Interesse sind. Hinweis: Diese haben in der Regel unterschiedliche REMPI-Resonanzen, so dass jeder Conformer separat untersucht werden kann. In Ermangelung eines Umlenkfeldes sind die zeitlichen und räumlichen Profile jedoch für alle Konformer identisch.</li>
	<li>Charakterisierung des abgelenkten Balkens. Schalten Sie die Hochspannungsversorgung zum Deflektor ein und zeichnen Sie räumliche Profile für alle Isomer auf. Diese sollten nun entsprechend dem Massen-Dipol-Momentverhältnis abgelenkt werden. Hinweis: Bei Arten, die großen Umlenkungen unterzogen werden, kann es erforderlich sein, den Abschäumer unmittelbar nach dem Deflektor zu bewegen, um eine gute Übertragung des umgelenkten Strahls in den Detektionsbereich zu gewährleisten.</li>
	<li>Durchführung von Experimenten am konformeren oder größenorientierten Teil des Molekularstrahls, indem sichergestellt wird, dass die Wechselwirkung(z. B. ein kreuzender Laserstrahl) innerhalb des Teils des Molekularstrahls stattfindet, der nur die Arten von Interesse enthält.</li>
</ol>

Die Autoren haben nichts zu verraten.

In diesem Manuskript wird von der Vertrautheit mit Ultrahochvakuumkomponenten, gepulsten Molekularstrahlventilen und Laserquellen ausgegangen und die damit verbundenen Sicherheitsverfahren sollten immer eingehalten werden. Beim Umgang mit den Hochspannungselektroden für den Deflektor ist besondere Vorsicht geboten. Ihre Oberflächen müssen auf hohem Niveau poliert werden und müssen absolut sauber sein, um Lichtbögen innerhalb der Vakuumkammer zu vermeiden. Vor dem ersten Gebrauch sollten die Elektroden unter Vakuum konditioniert werden. Die a...

Moderne Gasphasen-Molekularphysik und physikalische Chemieexperimente verwenden häufig Überschallerweiterungen von Zielmolekülen, um rotationskalte molekulare Proben innerhalb eines molekularen Strahls zu erzeugen. Doch selbst bei niedrigen Rotationstemperaturen von 1 K, die routinemäßig mit Überschallausdehnungen erreicht werden können, können große Moleküle noch in mehreren Konformationen innerhalb des Strahls1verbleiben. Ebenso führt die Produktion molekularer Cluster in einer Strahlquelle nicht zu einer einzigen Spezies, sondern zur Bildung einer "Clustersuppe", die viele verschiedene Clusterstoichiometrien enthält, sowie zu verbleibenden reinen Muttermolekülen. Dies erschwert die Untersuchung dieser Systeme mit neuartigen Techniken wie der Abbildung molekularer Orbitale2, molekularer Photoelektronen-Winkelverteilungen3-5 oder Elektronen6-10 und Röntgenbeugung11-13, da diese reine, konsistente und homogene Proben in der Gasphase erfordern.
Während nun mehrere Methoden zur Trennung verschiedener Konformer geladener Arten in der Gasphase(z. B. Ionenmobilitätsdriftröhren14,15) zur Verfügung stehen und geladene Cluster leicht durch ihr Massen-Zu-Ladungsverhältnis getrennt werden können, sind diese Techniken nicht auf neutrale Arten anwendbar. Wir haben vor kurzem gezeigt, dass diese Probleme mit dem Einsatz einer elektrostatischen Umlenkvorrichtung16,17überwunden werden können, die die Trennung von molekularen Konformatoren sowie Clustern und die Produktion von rotationskalten molekularen Strahlen ermöglicht.
Die Verwendung von elektrostatischer Durchbiegung ist eine klassische Molekularstrahltechnik, deren Ursprünge weit zurückreichen18,19. Erste Ideen zur Elektrostatik zur Trennung von Quantenzuständen wurden 192620von Stern eingeführt. Während erste Experimente an kleinen Molekülen bei hohen Temperaturen durchgeführt wurden, zeigen wir die Anwendung dieser Technik auf große polare Moleküle und Cluster bei niedrigen Temperaturen16,21.
Polarmoleküle erleben aufgrund der räumlichen Unterschiede in der potentiellen Energie eine Kraft innerhalb eines inhomogenen elektrischen Feldes (E). Diese Kraft <img fo:content-width="0.25in" src="/files/ftp_upload/51137/force.jpg" width="30px"> ist abhängig vom effektiven Dipolmoment, μeffdes Moleküls und kann als
<img src="/files/ftp_upload/51137/51137eq1.jpg"> (1) 
Da verschiedene molekulare Konformatoren in der Regel unterschiedliche Dipolmomente besitzen und unterschiedliche Zahlen von Lösungsmittelmolekülen innerhalb eines Clusters zu unterschiedlichen Clustermassen und Dipolmomenten führen, werden diese Arten eine andere Beschleunigung in Gegenwart eines starken inhomogenen elektrischen Feldes erleben. Die resultierende Stark-Effektkraft aus einem inhomogenen elektrischen Feld kann daher zur Trennung von Konformatoren und Quantenzuständen22verwendet werden. Dies ist in Abbildung 1angegeben, in der die berechneten Starkkurven für die J = 0,1,2 Rotationszustände der cis bzw. trans conformer von 3-Fluorphenol angezeigt werden. Dies führt zu großen Unterschieden in μeff, wie in den Abbildungen 1c und 1ddargestellt, und daher wird eine andere Beschleunigung von den beiden Konformern in inhomogenen elektrischen Feldern erlebt. Daher kann eine elektrostatische Umlenkvorrichtung als Massen-Dipol-Momentverhältnis (m/μeff)Separator verwendet werden, analog zu einem Massenspektrometer, das als Massen-Zu-Lade-Verhältnis (m/z) Filter23fungiert.
Darüber hinaus ermöglichen diese Techniken die Trennung von rotationsmäßigen Quantenzuständen24,25. Da die Bodenrotationszustände (blaue Kurven in den Abbildungen 1a und 1b) die größte Starkverschiebung aufweisen, werden diese am meisten abgelenkt und können räumlich von Molekülen in höheren J-Zuständen 17getrennt werden. Der kälteste Teil eines Molekularstrahls kann daher ausgewählt werden, was bei vielen Anwendungen, wie der Ausrichtung und Ausrichtung der Zielmoleküle17, 26-28,wesentlich hilft.
In diesem Beitrag zeigen wir, wie eine elektrostatische Umlenkvorrichtung verwendet werden kann, um verschiedene Arten großer polarer Moleküle und Cluster räumlich zu trennen. Es werden Beispieldaten für die Herstellung eines reinen Strahls eines einzelnen Konformers und eines solute-lösemittelförmigen Clusters von genau definierter Größe und Verhältnis dargestellt. Insbesondere stellen wir Daten zu 3-Fluorphenol vor, bei dem ein reiner Strahl erzeugt wird, der nur den Transkonformer enthält, und über Indole-Wasser-Cluster, bei denen der Indole(H2O)1-Cluster räumlich vom Wasser, inder, indole,indole(H2O)2 usw.getrennt werden kann.

<table><tbody><tr><td>Vakuumsystem</td><td>verschiedene, z.B. Pfeiffer Vacuum, Varian, Edwards, Leybold</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dye Lasersystem</td><td>diverse, z.B. Coherent, Spectra Physics, Syrah, LIOP-TEC, Radiant Dyes&hellip;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Impulsventil</td><td>Even-Lavie</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Hochspannungsnetzteil</td><td>z.B. FUG</td><td>HCP 14-20000</td><td></td></tr><tr><td>Deflektor</td><td></td><td></td><td>Sonderanfertigung</td></tr><tr><td>Flugzeitspektrometer</td><td>Jordan TOF</td><td>C-677</td><td></td></tr><tr><td>TOF-Netzteil</td><td>Jordan TOF</td><td>D-603</td><td></td></tr><tr><td>Fokussierlinse</td><td>Thorlabs</td><td>LA4745</td><td></td></tr> <tr><td></td><td>Translationstischz.B. Vision Lasertechnik</td><td>8MT167-25</td><td></td></tr><tr><td>Digitizer</td><td>z.B. Agilent</td><td>erwirbt DC440</td><td></td></tr><tr><td>Digitaler Verzögerungsgenerator</td><td>Stanford Systems</td><td>SRS DG645</td><td></td></tr><tr><td>Molekularstrahl-Skimmer</td><td>Beam Dynamics Inc.</td><td></td><td>http://www.beamdynamicsinc.com/</td></tr></tbody></table>

räumliche trennung von molekularen konformen und clustern

Spatial Separation of Molecular Conformers and Clusters

Gasphasen-Molekularphysik und physikalische Chemieexperimente verwenden häufig Überschallerweiterungen durch gepulste Ventile zur Herstellung kalter molekularer Strahlen. Diese Strahlen enthalten jedoch oft mehrere Konformer und Cluster, selbst bei niedrigen Rotationstemperaturen. Wir stellen eine experimentelle Methodik vor, die die räumliche Trennung dieser Bestandteile einer molekularen Strahlexpansion ermöglicht. Mit Hilfe eines elektrischen Deflektors wird der Strahl durch sein Massen-Dipol-Momentverhältnis getrennt, analog zu einem Biege- oder einem elektrischen Sektor-Massenspektrometer, das geladene Moleküle auf der Grundlage ihres Massen-Zu-Lade-Verhältnisses räumlich dispergiert. Dieser Deflektor nutzt den Stark-Effekt in einem inhomogenen elektrischen Feld aus und ermöglicht die Trennung einzelner Arten polarer neutraler Moleküle und Cluster. Darüber hinaus ermöglicht es die Auswahl des kältesten Teils eines molekularen Strahls, da niedrigenergetische Rotationsquantenzustände in der Regel die größte Durchbiegung erfahren. Verschiedene strukturelle Isomere (Konformer) einer Art können durch die unterschiedliche Anordnung funktioneller Gruppen getrennt werden, was zu unterschiedlichen Dipolmomenten führt. Diese werden vom elektrostatischen Deflektor zur Herstellung einer konformational reinen Probe aus einem Molekularstrahl genutzt. In ähnlicher Weise können spezifische Cluster-Stoichiometrien ausgewählt werden, da das Masse- und Dipolmoment eines bestimmten Clusters vom Grad der Lösung um das übergeordnete Molekül abhängt. Dies ermöglicht Experimente an bestimmten Clustergrößen und -strukturen und ermöglicht die systematische Untersuchung der Lösung neutraler Moleküle.

Die elektrostatische Umlenktechnik wurde erfolgreich auf die Trennung von Strukturisomern16 und neutralen Clustern21angewendet, sowie auf die Produktion von rotationsquantenzustandsausgewählten molekularen Proben31. Wir zeigen dies mit repräsentativen Ergebnissen für die Trennung von cis und trans conformers von 3-Fluorphenol und Größe ausgewählt indole(H2O)n Cluster.
3-Fluorophenol-Konformer wurden in einem Molekularstra...

Wir präsentieren eine Technik, die die räumliche Trennung verschiedener Konformer oder Cluster ermöglicht, die in einem molekularen Strahl vorhanden sind. Ein elektrostatischer Deflektor wird verwendet, um Arten durch ihr Massen-Dipol-Momentverhältnis zu trennen, was zur Produktion von Gasphasen-Ensembles eines einzelnen Konformators oder Clusterstoichiometrie führt.

Räumliche Trennung von molekularen Konformen und Clustern

Gas-phase molecular physics and physical chemistry experiments commonly use supersonic expansions through pulsed valves for the production of cold ...

Das übergeordnete Ziel des folgenden Experiments besteht darin, verschiedene Spezies wie Konformere, Cluster oder Quantenzustände in der Gasphase räumlich voneinander zu trennen, um anschließende Experimente an diesen Proben zu ermöglichen. Dies wird erreicht, indem zunächst ein rotationskaltener, überschallschneller Molekularstrahl erzeugt wird, der die gewünschten Spezies enthält. Im zweiten Schritt müssen die im Strahl vorhandenen verschiedenen Spezies räumlich getrennt werden, was mithilfe starker inhomogener elektrischer Felder geschieht, die die Spezies entsprechend ihrer effektiven Dipolmomente trennen, die durch den Stark-Effekt induziert werden.Anschließend werden die räumlichen Verteilungen der Spezies mittels resonanzverstärkter Mehrphotonenionisation untersucht, um Bereiche zu identifizieren, in denen jeweils nur eine einzelne Spezies vorhanden ist. Es werden Ergebnisse erzielt, die die räumliche Trennung von CYS und trans-Isomeren von drei Fluorethanol sowie die Trennung von Wasser-induzierten Clustern von reinen Indu-Clustern zeigen, basierend auf der vollständig speziesselektiven, residenten, resonanzverstärkten Mehrphotonenionisationsausbeute, die als Funktion der räumlichen Position im Molekularstrahl aufgezeichnet wird. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Techniken wie HPO, Focuser oder Ionenmobilitäts-Driftrohr besteht darin, dass der elektrische Deflektor viel einfacher zu realisieren und allgemeiner anwendbar ist.Die Implikationen dieser Technik reichen bis hin zu Anwendungen in der Molekülrahmen-Bildgebung sowie in Elektronen- und Röntgenbeugungsexperimenten, da diese reine und homogene Proben in der Gasphase erfordern. Ein Schema der Gasphasen-Molekularstrahl-Anordnung und des Ablenkgeräts ist hier dargestellt und besteht aus den folgenden Komponenten. Die erste Komponente ist ein gepulstes Evan-Levy-Ventil, das die molekulare Probe enthält. In den hier präsentierten Experimenten wird das Ventil mit einer Wiederholrate von 20 Hertz betrieben, bei einem Rückdruck von etwa 50 bar Helium, und die Expansion erfolgt in eine Vakuumkammer, die auf weniger als 10⁻⁶ mbar evakuiert ist.Ein molekularer Strahlkollimator mit zwei Millimeter Durchmesser befindet sich 22 Zentimeter hinter dem Ventil, beschichtet den Molekularstrahl und führt zu differenziellen Pumpbedingungen zwischen dem Impulsventil und dem Rest des Vakuumsystems. Unmittelbar nach dem Kollimator treten die Moleküle in die elektrostatische Ablenkeinrichtung ein. Diese besteht aus einem Stab mit drei Millimeter Radius und einer Ablenkspur mit 3,2 Millimetern Krümmungsradius, jeweils 24 Zentimeter lang.Der vertikale Abstand zwischen den Elektroden in der Mitte der Vorrichtung beträgt 2,3 Millimeter. Zwischen der Stange und der Rinne wird eine elektrische Spannung zwischen null und 26 Kilovolt angelegt, wodurch ein stark inhomogenes elektrisches Feld mit einem nahezu konstanten Feldgradienten erzeugt wird, wie im Einblick dargestellt, direkt nachdem die Moleküle durch einen zweiten Skimmer in den Wechselwirkungsbereich gelangt sind, der eine weitere differentielle Pumpstufe bereitstellt. Der Wechselwirkungsbereich, der auf Drücke unter 10 hoch minus neun Millibar evakuiert ist, enthält einen herkömmlichen Wiley-McLaren-Time-of-Flight-Aufbau; die Moleküle werden durch fokussierte Laserpulse im Zentrum des Extraktionsbereichs zwischen den Repeller- und Extraktorelektroden ionisiert.Die erzeugten Ionen werden in Richtung einer Multikanalplatte oder MCP-Detektor beschleunigt, wo ein Massenspektrum aufgezeichnet wird. Die Laserpulse stammen von einem mit Neodym-YAG gepumpten, frequenzverdoppelten gepulsten Farbstofflaser und liefern typische Ausgangs-Wellenlängen von etwa 283 Nanometern für die End-O-Experimente bzw. 272 Nanometern für die Drei-Fluorophenol-Experimente sowie Pulsenergien von einigen Millijoule. Die Puls­dauern liegen in der Größenordnung von 10 Nanosekunden, und die Pulse werden mit einer Linse mit 750 Millimeter Brennweite auf eine Spotgröße von etwa 100 Mikrometern im Wechselwirkungsbereich fokussiert.Die Zeitabfolge wird von einem digitalen Verzögerungs-Generator gesteuert, der den Taktsignalgeber bereitstellt. Dieser löst den neo-DMAC-Laser, das Impulsventil und die Digitizer-Karte zur Aufzeichnung von Massenspektren aus. Die Digitizer-Karte wird gleichzeitig mit dem Laserauslöseschalter ausgelöst.Die Dichten des Molekularstrahls werden aus geeigneten Massenfenstern in den aufgezeichneten Flugzeitspektren extrahiert. Geben Sie zunächst einige Tropfen von drei Fluorophenolen auf ein kleines Stück Filterpapier, laden Sie dann das Probenreservoir des gepulsten Ventils mit der chemischen Probe, erzeugen Sie die supersonische Expansion unter Verwendung eines hochreinen, hochdruckbelasteten Trägergases und stellen Sie die Temperatur des Probenreservoirs innerhalb des Ventils so ein, dass der Partialdruck der Probe etwa 10 Millibar beträgt. Um den erzeugten Molekularstrahl zu charakterisieren, stellen Sie den Ionisationslaser auf eine bekannte Wellenlänge für die resonanzverstärkte Mehrphotonenionisation eines bestimmten Konformers der Probe ein und nehmen Sie ein zeitliches Profil des Molekularstrahlpulses auf, indem Sie die gesamte Elternionenausbeute am MCP-Detektor in Abhängigkeit von der Ventil-Laser-Verzögerung überwachen.Hier ist ein typisches zeitliches Profil dargestellt, bei dem der elektrostatische Deflektor ausgeschaltet ist, für zwei verschiedene Trägergase unter Verwendung von Helium. Eine zeitliche Breite von etwa 12 Mikrosekunden, gemessen als volle Breite bei halber Maximalhöhe, wird beobachtet, was typisch ist für eine Expansion aus einem Evan-Levy-Ventil unter diesen Betriebsbedingungen. Zum Vergleich ist ebenfalls ein zeitliches Profil eines auf Neon basierenden Strahls dargestellt.Fixieren Sie als Nächstes die Ventil-Laser-Verzögerung an der Position der maximalen Intensität für alle nachfolgenden Messungen. Nehmen Sie ein transversales räumliches Profil des Molekularstrahls auf, indem Sie die Fokussierlinse senkrecht zur Laserausbreitungsrichtung verschieben, sodass der Fokus sich relativ zum Molekularstrahl in Y-Richtung bewegt. Wiederholen Sie anschließend die zeitliche und räumliche Profilierung für alle im Strahl interessierenden Konformere.Schalten Sie abschließend die Hochspannungsversorgung für den Ablenker ein und nehmen Sie räumliche Profile aller Isomere auf, die nun abgelenkt werden sollten. Entsprechend dem Verhältnis von Masse zu Dipolmoment wurden drei Konformer von Fluorethanol in einem Molekularstrahl aus der überschallschnellen Expansion von 50 bar Helium getrennt. Die Einlagen zeigten die molekularen Strukturen der beiden Konformere.Die einzelnen Spezies wurden durch andere charakteristische, resonanzverstärkte Multiphotonen-Ionisationsresonanzen bei etwa 272 Nanometern untersucht. Die trans-Spezies zeigt einen deutlich stärkeren Stark-Effekt als der cis-Konformer. Dies führt zu einem größeren effektiven Dipolmoment, das durch die negative Steigung der Stark-Energien gegeben ist.Daher erfährt der transcon-Konformer nach dem Durchlaufen des Ablenkers eine stärkere Ablenkung und wird räumlich vom cyst-Konformer und dem Trägergas des Strahls getrennt. Die räumliche Verteilung des Molekularstrahls wird durch Verschiebung des lasers für die resonanzverstärkte Mehrphotonenionisation relativ zur Richtung des Molekularstrahls überwacht, und die räumlichen Profile werden hier gezeigt. Die feldfreien Profile sind durch die magentafarbene Kurve für cys und die zyanfarbene Kurve für trans dargestellt.Diese ergeben eine räumliche Breite des Molekularstrahls von etwa zwei Millimetern und zeigen, dass beide Spezies ohne Deflektor innerhalb des Strahls gemischt sind. Durch Anlegen einer Ablenkspannung von 14 Kilovolt kommt es zu einer räumlichen Trennung der Konformere. Die Trennung verstärkt sich bei höheren Spannungen, wie beispielsweise 28 Kilovolt, wie rechts im Fall eines Ablenkfelds dargestellt. Das trans-Konformer erfährt eine deutlich stärkere Ablenkung als das cis-Konformer und kann effektiv von den anderen im Strahl vorhandenen Spezies getrennt werden, sodass an der Position y gleich drei Millimeter eine reine trans-Probe erzeugt wird, die für weitere Experimente genutzt werden kann.Für die Herstellung von Strahlen molekularer Cluster, wie beispielsweise Indu-Wasser, expandiert man Indu und Wasser gemeinsam aus dem Molekularstrahlventil. Dadurch entsteht ein Gemisch aus verschiedenen Spezies, einschließlich der jeweiligen Monomere sowie Cluster mit unterschiedlicher Zusammensetzung. Hier demonstrieren wir die Erzeugung einer reinen Probe des einen Indu.Ein Wasserdimer. Räumliche Profile für einen Molekularstrahl aus indu, der in Gegenwart von Wasser koinexpandiert wurde, sind hier dargestellt.Die Detektion dieser Profile mittels resonanzverstärkter Mehrphotonenionisation ist vollständig speziesselektiv für Indo Indu Wasser eins und Indu Wasser. Die hier gezeigten Profile wurden mit einer Potentialdifferenz von 26 Kilovolt zwischen Stab- und Rinnen-Elektrode aufgezeichnet. Die Linien zeigen simulierte Werte an.Einzelheiten zu den numerischen Simulationsmethoden sind in der Literatur zu finden. Zum Vergleich ist ein feldfreies Profil oder ein geerdetes Ablenkerprofil durch die schwarze Kurve dargestellt; wie erwartet, erfährt der eins-zu-eins-Cluster aus Indol und Wasser die stärkste Ablenkung und befindet sich an einer Position von y gleich zwei bis drei Millimetern eines reinen Strahls aus Indol-Wasser. Eine Simulation wurde erstellt, um den Einfluss des Ablenkers auf das räumliche Profil des Molekularstrahls hervorzuheben; die Einlage zeigt die Dichte des Molekularstrahls von Indol-Wasser, eine, in Abhängigkeit von der an den Ablenker angelegten Potentialdifferenz.Es zeigt an, dass bei zunehmender Feldstärke der kälteste Teil des Molekularstrahls eine zunehmende Ablenkung erfährt, während die wärmeren Bestandteile eine deutlich geringere räumliche Trennung erfahren und eine gewisse Dichte an der ursprünglichen Position verbleibt. Dies unterstreicht zudem die Selektion des kältesten Teils des Molekularstrahls. Im Anschluss an dieses Verfahren.Andere Methoden wie die Abbildung im Molekülrahmen und die Ausrichtung können erheblich verbessert werden, wodurch die Gewinnung von Daten im Molekülrahmen aus ausgewählten Zuständen ermöglicht wird. Und vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit Lasern äußerst gefährlich ist, weshalb stets Vorsichtsmaßnahmen wie das Tragen von Schutzbrillen getroffen werden sollten.

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Forschung

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